[发明专利]一种表面改性高镍三元正极材料及其制备和其制成的电池

说明书

本发明提供一种表面改性高镍三元正极材料，是在高镍三元正极材料内核上包覆表面改性层；所述的高镍三元正极材料内核为Li_1+kNi_xCo_yM_zO₂，‑0.1≤k≤0.1，0＜x＜1，0＜y＜1，0＜z＜1。表面改性层由两种表面改性物质成，其中一种为氧化钇稳定氧化锆，另外一种选自金属氧化物MeO_x、金属氟化物MeF_x、金属磷酸盐Me(PO₄)_x或者C中的至少一种。本发明还提供所述表面改性高镍三元正极材料的制备方法和由其制成的电池。本发明提供的表面改性高镍三元正极材料，表面改性物质包覆于本体材料表面，减少了高镍三元正极材料与电解液的副反应，抑制了材料的不可逆容量损失，提高了循环性能。

技术领域

本发明属于电池材料领域，具体涉及一种锂离子电池的三元正极材料、其制备方法、该正极材料制成的电池。

背景技术

自从索尼公司在1991年设计生产的第一代锂离子电池首次引入层状过渡金属氧化物钴酸锂(LiCoO₂)作为正极材料，从最初的小型便携式电子设备到后来的电动汽车和储能电网，锂离子电池的应用逐渐广泛。

在相对于金属锂负极截止电压4.2V时，钴酸锂(LiCoO₂)正极的实际比容量为140mAh g^-1，能够满足便携式电子设备的一般需求。进一步地，针对不断提高的对高能量密度，低成本和环境适应性的需求，通过Co和Al部分掺杂取代Ni形成的Li[Ni_xCo_yAl_z]O₂高镍三元材料(NCA)，由于其高比容量，高能量密度和低成本而倍受关注，被认为是目前高能量密度锂离子电池的最佳候选正极材料之一。然而，该体系材料作为高能量锂离子电池候选材料还存在一些问题：首先，在高温合成过程中由于Ni³⁺的不稳定，容易还原成Ni²⁺以及由于和的相近离子半径而由此产生的Li⁺/Ni²⁺混排，导致锂离子的固相扩散更为困难，增加了材料的极化；其次，由于易还原的Ni⁴⁺的化学不稳定性，尤其是在高度脱锂的状态下，正极材料表面容易和电解液发生副反应，生成电化学惰性层，并伴随着尖晶石相和岩盐相等杂质相的产生，抑制了锂离子的扩散，与此同时伴随着本体材料中氧的流失，降低了安全性能；此外，在脱嵌锂过程中，由于多相转变造成的二次颗粒内部微裂纹的产生，导致电解液对材料的腐蚀进一步加剧，表面阻抗进一步加大。这些问题综合导致了电化学性能的急剧下降和日益重要的安全问题隐患。